JPH01224278A - セラミックスと金属との接合方法 - Google Patents
セラミックスと金属との接合方法Info
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- Materials Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明はセラミックスと金属との接合方法に係シ特に高
温強さに優れたセラミックスと金属との接合方法に関す
る。
温強さに優れたセラミックスと金属との接合方法に関す
る。
(従来の技術)
セラミックスは、一般に耐熱性が良好で高温強度の高い
材料である。特に近年、ファインセラミックスと称され
る優れた特性を有するセラミックスが開発され、脚光を
浴びている。中でも、8i3N4゜んボ、サイアロンと
いった窒化物セラミックスはよシ優れた緒特性を有する
ことから大きく注目されている。
材料である。特に近年、ファインセラミックスと称され
る優れた特性を有するセラミックスが開発され、脚光を
浴びている。中でも、8i3N4゜んボ、サイアロンと
いった窒化物セラミックスはよシ優れた緒特性を有する
ことから大きく注目されている。
ところで、セラミックスはすぐれた特性を有する反面、
延性に乏しく、割れ易い、すなわち脆性である欠点を有
している。この欠点を補い、より広汎な用途で利用する
ために、靭性に富む金属との複合化は、有効な手段であ
シ、その1つの手法として、接合技術が必要とされる。
延性に乏しく、割れ易い、すなわち脆性である欠点を有
している。この欠点を補い、より広汎な用途で利用する
ために、靭性に富む金属との複合化は、有効な手段であ
シ、その1つの手法として、接合技術が必要とされる。
しかしながら、セラミックスと金属とは、基本的に化学
結合様式が異々つており、したがって物理的、化学的特
性も大きく異なっているため、両者を良好に接合するこ
とはかなシ困難である。
結合様式が異々つており、したがって物理的、化学的特
性も大きく異なっているため、両者を良好に接合するこ
とはかなシ困難である。
しかるに近年、Ti、Zr などの活性金属を含むC
u系低融点ろう材を用いた活性金属法が、窒化物セラミ
ックスなどのファインセラミックスの接合に有効である
ことが見い出され注目されている。
u系低融点ろう材を用いた活性金属法が、窒化物セラミ
ックスなどのファインセラミックスの接合に有効である
ことが見い出され注目されている。
ところで、これらの活性金属法で有効なCu系ろう材の
主成分は、Cu、Cu+Agなどの低融点、低強度材料
であるため、高温での使用には不利である。しかしなが
ら、高温強度に優れるNi、Fe等の遷移金属を主成分
とするろう材で活性金属を含むろう材を用いても窒化物
セラミックスと金属の接合は良好になされない問題があ
った。
主成分は、Cu、Cu+Agなどの低融点、低強度材料
であるため、高温での使用には不利である。しかしなが
ら、高温強度に優れるNi、Fe等の遷移金属を主成分
とするろう材で活性金属を含むろう材を用いても窒化物
セラミックスと金属の接合は良好になされない問題があ
った。
(発明が解決しようとする課題)
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、高温使用に耐える窒化物セラミックスと金属の接合方
法を提供するものである。
、高温使用に耐える窒化物セラミックスと金属の接合方
法を提供するものである。
(課題を解決するための手段及び作用)本発明は活性金
属を含むCu系ろう材を窒化物セラミックスの接合面に
配設し、加熱によシ窒化物セラミックスとCu系ろう材
との反応層を形成する工程と、前記Cu系ろう材のうち
窒化物セラミックスとの未反応成分を除去する工程と、
前記窒化物セラミックスの接合面に設けられた反応層表
面に遷移金属を主成分とする第2のろう材を介して金属
部材を接合するセラミックスと金属との接合方法である
。
属を含むCu系ろう材を窒化物セラミックスの接合面に
配設し、加熱によシ窒化物セラミックスとCu系ろう材
との反応層を形成する工程と、前記Cu系ろう材のうち
窒化物セラミックスとの未反応成分を除去する工程と、
前記窒化物セラミックスの接合面に設けられた反応層表
面に遷移金属を主成分とする第2のろう材を介して金属
部材を接合するセラミックスと金属との接合方法である
。
つまり本発明によれば、あらかじめ活性金属を含むCu
系低融点ろう材を用いて、窒化物セラミックス接合面に
、該セラミックスと密着性の良い反応層を形成すること
により、遷移金属を主成分とする第2のろう材と結合し
易い状態にしておく。
系低融点ろう材を用いて、窒化物セラミックス接合面に
、該セラミックスと密着性の良い反応層を形成すること
により、遷移金属を主成分とする第2のろう材と結合し
易い状態にしておく。
ここで低融点のCu系ろう材が残留していると、高温状
態になったときそれらのろう材が溶融あるいは軟化して
強度を低下させるため、反応に関与しなかったCu系の
ろう材は薬品等で除去する。そして、耐熱性に富む反応
層のみを残し、この反応層を介して遷移金属系ろう材を
用いて金属部材と接合することによシ、直接接合するこ
とが困難でめった高融点の遷移金属系ろう材との接合が
可能となり、耐熱性に富むセラミックスと金属の接合を
行なうことができる。
態になったときそれらのろう材が溶融あるいは軟化して
強度を低下させるため、反応に関与しなかったCu系の
ろう材は薬品等で除去する。そして、耐熱性に富む反応
層のみを残し、この反応層を介して遷移金属系ろう材を
用いて金属部材と接合することによシ、直接接合するこ
とが困難でめった高融点の遷移金属系ろう材との接合が
可能となり、耐熱性に富むセラミックスと金属の接合を
行なうことができる。
なお本発明に用いるCu系ろう材に含まれる活性金属は
窒化物セラミックスと反応層を形成する為に不可欠であ
り、■A族、VA族の金属元素を用いることができるが
実用上は活性で反応性に優れたTi、Zrを用いること
が好ましい。これらの含有量はCu系ろう材中に重量比
で0.5〜50チ含ませるるるいは、0.1〜100μ
mの薄層として介在させることが好ましい。またCu系
ろう材は、低融点であると同時に窒化物セラミックスと
の反応層形成を促進するために重量比で10%以上のC
uを含む事が好ましく、他にAg 、 In 、 Sn
等を1〜80チ程度含むCu−Ag系、Cu−Ag
−In系、Cu−8n系等を用いることができる。
窒化物セラミックスと反応層を形成する為に不可欠であ
り、■A族、VA族の金属元素を用いることができるが
実用上は活性で反応性に優れたTi、Zrを用いること
が好ましい。これらの含有量はCu系ろう材中に重量比
で0.5〜50チ含ませるるるいは、0.1〜100μ
mの薄層として介在させることが好ましい。またCu系
ろう材は、低融点であると同時に窒化物セラミックスと
の反応層形成を促進するために重量比で10%以上のC
uを含む事が好ましく、他にAg 、 In 、 Sn
等を1〜80チ程度含むCu−Ag系、Cu−Ag
−In系、Cu−8n系等を用いることができる。
Cu系ろう材と窒化物セラミックスとの反応層は、Ti
N等の活性金属の窒化物、ろう材成分の金属間化合物等
を含み、高強度、高融点化されたものであれば特に限定
されるものではなく、例えばT1Cu3゜Ti3Cuな
どの活性金属とCuの金属間化合物が挙げられるが、T
iNのような窒化物のみが反応層として含まれても差し
支えない。次にCu系ろう材と窒化物セラミックスと未
反応成分の除去は、酸、アルカリ等の溶液による溶解、
エツチング等の手法を用いることが実用上好ましい。
N等の活性金属の窒化物、ろう材成分の金属間化合物等
を含み、高強度、高融点化されたものであれば特に限定
されるものではなく、例えばT1Cu3゜Ti3Cuな
どの活性金属とCuの金属間化合物が挙げられるが、T
iNのような窒化物のみが反応層として含まれても差し
支えない。次にCu系ろう材と窒化物セラミックスと未
反応成分の除去は、酸、アルカリ等の溶液による溶解、
エツチング等の手法を用いることが実用上好ましい。
さらに前述の未反応成分を除去した後の反応層と金属部
材との接合は、高温強度に優れる高融点の例えばBを1
.0〜5.Owt%、Siを5wt%以下、Pを2Qw
t%以下含むようなNi基、Fe基、Co基等の遷移金
属を主成分としたろう材を用いる。
材との接合は、高温強度に優れる高融点の例えばBを1
.0〜5.Owt%、Siを5wt%以下、Pを2Qw
t%以下含むようなNi基、Fe基、Co基等の遷移金
属を主成分としたろう材を用いる。
(発;;実施例)
実施例1
窒化物セラミックスとしてんへ(直径15fi。
厚さ5 m )を用意し、接合面にTi含有Cuろう材
(溶融時の組成重量%で28%Ti−721Cu、厚さ
約10μm)を用いてaxlQ Torrの真空中で9
80℃、6分加熱して窒化TiおよびTi−Cu化合物
からなる反、底層を形成した。両者と尤への密着性は良
好であった。次いでHNO3を用いて反応層形成に関与
しなかったCuろう材層を除去した。その後金属部材と
してのMo板(直径15■、厚さ5 m )と、第2の
ろう材としてのNiろう材(Ni−4%B、厚さ40μ
m)を用いて1100℃で5分3X10 Torrの
真空中で加熱した。得られた接合材を600℃にてせん
断試験したところ、10 kgf/i+j以上の高い接
合強さを示した。
(溶融時の組成重量%で28%Ti−721Cu、厚さ
約10μm)を用いてaxlQ Torrの真空中で9
80℃、6分加熱して窒化TiおよびTi−Cu化合物
からなる反、底層を形成した。両者と尤への密着性は良
好であった。次いでHNO3を用いて反応層形成に関与
しなかったCuろう材層を除去した。その後金属部材と
してのMo板(直径15■、厚さ5 m )と、第2の
ろう材としてのNiろう材(Ni−4%B、厚さ40μ
m)を用いて1100℃で5分3X10 Torrの
真空中で加熱した。得られた接合材を600℃にてせん
断試験したところ、10 kgf/i+j以上の高い接
合強さを示した。
実施例2
窒化物セラミックスとして、Si3N、(直径13鴫、
厚さ5咽)を用意した。接合面に、Ti含有Ag−Cu
ろう材(溶融時組成71 % Ag−27% Cu
−2%Ti 、厚さ約10μm)を用いて、3 X 1
0−Torr の真空中で880℃、6分加熱して、
窒化T1およびAg−Ti−Cu化合物からなる反応層
を形成した。両者とSi、N、の密着性は良好であった
。
厚さ5咽)を用意した。接合面に、Ti含有Ag−Cu
ろう材(溶融時組成71 % Ag−27% Cu
−2%Ti 、厚さ約10μm)を用いて、3 X 1
0−Torr の真空中で880℃、6分加熱して、
窒化T1およびAg−Ti−Cu化合物からなる反応層
を形成した。両者とSi、N、の密着性は良好であった
。
次いでHNO3を用いて反応層形成に関与しなかったC
u−Agろう材を除去した。その後金属部材としてのW
板(直径16■、厚さ5 m )と第2のろう材としテ
ノNIろう材(Ni−15Cu−4B 、厚さ40μm
)を用いて1100℃で5分、3 x 10 ’ror
rの真空中で加熱した。得られた接合材を600℃にて
せん断試験したところ、10A1+f/M−以上の高い
接合強さを示した。
u−Agろう材を除去した。その後金属部材としてのW
板(直径16■、厚さ5 m )と第2のろう材としテ
ノNIろう材(Ni−15Cu−4B 、厚さ40μm
)を用いて1100℃で5分、3 x 10 ’ror
rの真空中で加熱した。得られた接合材を600℃にて
せん断試験したところ、10A1+f/M−以上の高い
接合強さを示した。
比較例
実施例1,2のセラミックスと金属部材の組み合わせを
用いて、Nl系ろう材にTiを含有させた活性金属ろう
材を用いて1100℃、3分、5X10’Torrの真
空中で加熱して接合を試みた。その結果、いずれも接合
強さは1に9f/−以下で非常に弱い接合強さしか得ら
れなかった。
用いて、Nl系ろう材にTiを含有させた活性金属ろう
材を用いて1100℃、3分、5X10’Torrの真
空中で加熱して接合を試みた。その結果、いずれも接合
強さは1に9f/−以下で非常に弱い接合強さしか得ら
れなかった。
以上詳細した如く、本発明によれば高温で優れた接合強
さを有する窒化物セラミックスと金属との接合方法を提
供できる。
さを有する窒化物セラミックスと金属との接合方法を提
供できる。
代理人 弁理士 則 近 憲 佑
同 松 山 光 之
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 活性金属を含むCu系ろう材を窒化物セラミックスの接
合面に配設し、加熱により窒化物セラミックスとCu系
ろう材との反応層を形成する工程と、前記Cu系ろう材
のうち窒化物セラミックスとの未反応成分を除去する工
程と、 前記窒化物セラミックスの接合面に設けられた反応層表
面に遷移金属を主成分とする第2のろう材を介して金属
部材を接合した事を特徴とするセラミックスと金属との
接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4741788A JPH01224278A (ja) | 1988-03-02 | 1988-03-02 | セラミックスと金属との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4741788A JPH01224278A (ja) | 1988-03-02 | 1988-03-02 | セラミックスと金属との接合方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01224278A true JPH01224278A (ja) | 1989-09-07 |
Family
ID=12774577
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4741788A Pending JPH01224278A (ja) | 1988-03-02 | 1988-03-02 | セラミックスと金属との接合方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01224278A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09181423A (ja) * | 1990-04-16 | 1997-07-11 | Denki Kagaku Kogyo Kk | セラミックス回路基板 |
JP2009177084A (ja) * | 2008-01-28 | 2009-08-06 | Mutsuki Denki Kk | 電子デバイス及びその製造方法 |
CN107032817A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-08-11 | 烟台柳鑫新材料科技有限公司 | 一种新型陶瓷基覆铜板及其制备方法 |
-
1988
- 1988-03-02 JP JP4741788A patent/JPH01224278A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09181423A (ja) * | 1990-04-16 | 1997-07-11 | Denki Kagaku Kogyo Kk | セラミックス回路基板 |
JP2009177084A (ja) * | 2008-01-28 | 2009-08-06 | Mutsuki Denki Kk | 電子デバイス及びその製造方法 |
CN107032817A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-08-11 | 烟台柳鑫新材料科技有限公司 | 一种新型陶瓷基覆铜板及其制备方法 |
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